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球磨機使用變頻器探討

發布時間:2020-06-15 20:07瀏覽次數:253

一、概述

水泥、陶瓷行業應用變頻器已經非常普遍,生產機械如回轉窯,窯頭、窯尾風機,傳送帶等原來用電磁調速或其他的調速方式,都相繼改造為變頻交流調速。改造的目的是使生產過程中工藝調速方便,提高產品的產量、質量,實現自動化,節能等。但是,在球磨機上使用變頻器,其本上還是空白。其原因是,球磨機料筒的轉速是恒定的,即使要變化,變化的範圍也不大,如果考慮使其轉速下降節能,但可能使球磨的時間增長,節能的效果不明顯。實際上球磨生產過程比較簡單,如某陶瓷廠的球磨機電機90kW,料筒內加料16T~18T,在50Hz下運轉8小時,料的細度達到要求就出料,然後再加料,重複上述過程,一般來說,這是一個經驗工藝數據,對不同的廠家和球磨的原料不同,工藝參數也有差別。在某地陶瓷行業,普遍使用的球磨機的電氣傳動方式為,三相交流鼠籠異步電機—液力偶合器—齒輪減速器—皮帶輪減速器,在這裏,球磨機的料筒作為減速器的皮帶輪使用。容量為90KW電機,在球磨機重載起動時,若傳動環節中無液力偶合器,即使使用自偶降壓起動器或星—三角啟動器,對電網也會造成較大的衝擊,並且經常出現起動失敗。為緩衝起動時的衝擊,傳動環節中加入了液力偶合器,這樣可在任何狀態下順利起動球磨機。

二.液力偶合器和變頻調速節能

液力偶合器是通過控製工作腔內工作油液的動量矩變化,來傳遞電動機能量,電動機通過液力偶合器的輸入軸拖動其主動工作輪,對工作油進行加速,被加速的工作油再帶動液力偶合器的從動工作渦輪,把能量傳遞到輸出軸和負載。液力偶合器有調速型和限矩型之分,前者用於電氣傳動的調速,後者用於電機的起動。係統中的液力偶合器在電機起動時起緩衝作用,其效率理論值為95%。變頻器的效率為96%,在傳動環節中去掉液力偶合器,用交流調速變頻器驅動球磨機電機,可以在額定電流下順利起動90kW電機,並且,理論上效率可以提高1%。實際上液力偶合器的效率與液力偶合器腔內注入油量有關,在運轉過程中液力偶合器有一定的溫升,存在密封不嚴有泄漏等因素,其效率一般都小於理論值95%,減少2%~3%是常有的事。

球磨機的電機轉速為1440r/min,經液力偶合器和減速器減速後,料筒的運轉速度為16r/min。球磨機的效率計算的公式為:

式中:nT—為液力偶合器輸出軸的速度,

nB—為電機側液力偶合器輸入軸的速度

其效率為0.95,在傳動環節中去掉液力偶合器,用彈性聯軸器直接連接,這時料筒的速度會超過16r/min,為維持原來的工藝狀況,電機應減速,變頻器的輸出頻率下降到50×0.95=47.5Hz,由於球磨機是恒轉矩負載,電機運轉頻率下降,其電流基本不變或略有下降,但輸出電壓按比例下降,由三相電機功率計算式:

現場有就地補償電容,用變頻器後功率因數基本不變,因此應節約5%功率。前兩項相加大約有8%的節能。

三.電機的調壓節電

球磨機起動時的起動電流較大,起動完成後,運行電流為80~110A,對於90kW電機相當於輕載運行,這時電機的效率也較低。應用自動能耗最優控製,即利用變頻器的電壓調節功能,可在與負載無關的條件下,保持電機的效率為最高。

   異步電機的損耗有銅耗,基本鐵心損耗,常稱為鐵耗,機械磨擦損耗和雜散損耗。對已定型生產的電動機,機械磨擦損耗在運行過程中為常值;銅耗與電機電流的平方成正比,隨負載的變化而變化;鐵耗近似與電機端電壓的平方成正比;雜散損耗與電機電流的平方成正比,隨負載的變化而變化。對於90kW電機,以上各種損耗占總損耗的百分數分別是銅耗20%~30%,鐵耗20%,機械磨擦損耗40%~50%,雜散損耗15%~20%。對相同的負載,電機端電壓的升高,電流會減小,因此當端電壓升高時,銅耗和雜散損耗減小;而鐵損增加。這樣,電機的端電壓存在有一點,在這點時電機的總損耗為最小,如圖一。

圖一  不同供電電壓下電機的損耗

某陶瓷廠90kW球磨機的負載情況如下:球磨機電機90kW,料筒的轉速為16r/min,每個工作周期等於3.75s,電流在80~110A之間變化,相當於額定電流的46%~62.5%,如圖二所示:

圖二  球磨機負載圖

下麵進行節能效果分析。

1.不進行節能控製時:

負載較高時的功耗

P10=90*0.625/0.884=63.63(KW)

0.884為62.5%負載時電機的效率。

負載較低時的功耗

P11=90*0.46/0.65=63.69(KW)

0.65為46%負載時電機的效率。

一周期平均功率

P1=(P10*0.75+P11*3)/3.75=63.68(KW)

2.變頻器進行節能調節時:

負載較高時的功耗

P20=90*0.625/0.886=63.49(KW)

0.886為62.5%負載且電壓控製時電機的效率。

負載較低時的功耗

P21=90*0.46/0.70=59.14(KW)

0.70為46%負載且電壓控製時電機的效率。

一周期平均功率

P2=(P20*0.75+P21*3)/3.75=60.01(KW)

每年按320天,每天按20小時計算,一年節電

(63.49-60.01)*6400=22272(kW.h)

折算為節能率(63.49-60.1)/63.49=0.055=5.5%

從上麵的數據可見,用變頻器進行節能調節時,對於兩種負載情況,62.5%負載的效率從0.884提高到0.886,僅為0.002;46%的負載的效率從0.65提高到0.70,也隻為0.05,但節電率也有3%。

四.結語:

球磨機的節能目前僅從兩方麵考慮,去掉液力偶合器使用變頻器的節電率為8%,利用變頻器的節能模式調節可有3%的節能,兩項相加共有11%的節能,由此可見,對球磨機進行變頻改造還是可以達到節能的目的。

目前,有人從改變球磨的工藝入手,即加料後的一段時間,適當提高變頻器的輸出頻率,加快球磨的效率,然後再降低輸出頻率,運行一段時間後,繼續降低輸出頻率。這樣做可以節省球磨時間,而且球磨的質量可以保證,這是另一種節能思路,還有待於實踐檢驗。

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